Entwicklung eines physikalisch-mathematischen Modells des Metallschutzgasschweißprozesses für den Impulsmodus unter Verwendung von mehrkomponentigen Zusatzwerkstoffen und molekularen Schutzgasen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261101799

Der Werkstoffübergang beim Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen) beeinflusst sowohl die Schweißnaht als auch die Prozesssicherheit und das Auftreten von Nahtimperfektionen oder Spritzern. Die Modellierung des Werkstoffübergangs ist daher seit langem eine Zielstellung zur theoretischen Durchdringung und Vorhersage des MSG-Prozesses. Da der MSG-Schweißprozess bei der bisherigen simulationsgestützten Erforschung des Werkstoffübergangs anhand einzelner, nicht gekoppelter Modelle untersucht wurde, sind die darauf basierenden Erkenntnisse auf grundlegende Aussagen beschränkt, welche die komplexen physikalischen Wechselwirkungen des Schweißprozesses unberücksichtigt lassen. Aufgrund der getrennten Betrachtung der Modelle konnte außerdem bisher nicht untersucht werden, welchen Einfluss die einzelnen Parameter auf den Schweißprozess haben. Dazu und für eine weitere Vertiefung des Prozessverständnisses ist es notwendig, die getrennten Modelle zu einem Gesamtmodell zu vereinen. Bei den bisher durchgeführten Forschungen wurden Randbedingungen gesetzt, durch die einerseits physikalische Phänomene vernachlässigt werden, was zwangsweise zu ungenaueren Ergebnissen führt, und andererseits wurden praxisrelevante Randbedingungen vernachlässigt. So wurden bisher reine Drahtwerkstoffe (z. B. Eisen) und nur atomare Gase (z. B. Argon) anstelle von den in der Praxis verwendeten Legierungen und molekularer Gase betrachtet. Darüber hinaus wurde der Impulsprozess vollständig vernachlässigt. Ein Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, ein solches Gesamtmodell anhand einer Kopplung und Erweiterung von mathematisch-physikalischen Modellen zu erstellen und so den Werkstoffübergang beim MSG-Schweißen möglichst realistisch vorhersagen zu können. Dabei wird erstmals ein Anodenschichtmodell mit dem Volume-of-Fluid-Modell gekoppelt, was eine besondere Herausforderung darstellt. Das Gesamtmodell kann dann dazu verwendet werden, simulative Studien durchzuführen, um die Bedeutung der einzelnen physikalischen Effekte auf den Schweißprozess zu untersuchen. Ein weiteres Ziel des Forschungsvorhabens ist es, anhand des Gesamtmodells Aussagen über den Einfluss bestimmter Prozessparameter und Materialkombinationen auf den Schweißprozess zu treffen. Hierbei werden erstmalig technische Legierungen für den Zusatzwerkstoff und molekulare Schutzgase sowie der Impulsprozess betrachtet. Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens führen zu einem besseren Verständnis der physikalischen Phänomene des Schweißprozesses - erstmals mit praxisrelevanten Randbedingungen - und erlauben seine gezielte Steuerung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ukraine
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Igor Krivtsun